變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動風機系統及發電機組的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動風機系統及發電機組，該系統包括背壓式小汽機、風機和變頻發電機，其中，背壓式小汽機、風機和變頻發電機同軸相連；所述系統通過控制變頻發電機的輸出，從而控制背壓式小汽機的轉速，從而控制風機的轉速。本實用新型的系統極大地減少了小汽機進汽節流的損失，提高運行效率，并且充分發揮了小汽機的做功能力，增加運行收益。本實用新型還公開了一種蒸汽發電機組。
【專利說明】變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動風機系統及發電機組
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及發電系統的節能【技術領域】，具體地涉及一種變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動風機系統及蒸汽發電機組。
【背景技術】
[0002]在大容量高參數汽輪機發電廠中，通常配置有如汽動風機等風機，這些風機通過如背壓式小汽機來驅動，可以將空氣、煙氣或燃氣等工質的壓力提高，供給后續工藝系統。
[0003]由于發電機組負荷變化的需要，風機的出力常常發生相應變化，因此通常通過對風機的轉速的變化來滿足機組負荷變化的需要，而風機的轉速是由同軸連接的小汽機的轉速決定的。
[0004]為了滿足夏季發電機組長期滿發的需要，因此小汽機的額定出力通常要比風機的額定出力大，而風機的額定出力通常比發電機組額定負荷所需要的出力大，所以小汽機的額定出力有較大裕量，一般在50%以上。在目前的小汽機驅動風機系統中，小汽機配置有進汽調節閥，通過調節閥的開度，可以控制小汽機的轉速，從而滿足發電機組負荷變化的需要。然而這種配置常常由于小汽機進汽調節閥在大多運行時間下的開度較小，因此容易造成較大的節流損失。
[0005]此外，由于發電機組的負荷隨電網需求每天都在不斷變化，負荷有高有低，因此在低負荷時，小汽機的進汽調節閥的開度會更小，從而造成的節流損失更大。并且由于小汽機的做功的能力不能充分發揮，因此也存在相對較大的經濟損失。
[0006]因此，如何針對現有背壓式小汽機驅動風機系統的節流調速問題，開發一種既能有效減少小汽機進汽節流的損失，又能充分利用小汽機出力的驅動風機系統是目前汽輪機發電廠在節能領域亟待解決的問題。
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的在于提供一種節流損失小，小汽機出力利用率高的變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動風機系統及蒸汽發電機組。
[0008]本實用新型第一方面提供了一種變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動風機系統，所述系統包括背壓式小汽機、風機和變頻發電機，其中，
[0009]所述背壓式小汽機、風機和變頻發電機同軸相連；
[0010]所述系統通過控制所述變頻發電機的輸出，從而控制所述背壓式小汽機的轉速，從而控制所述風機的轉速。
[0011]在另一優選例中，所述背壓式小汽機還包括抽汽出口。
[0012]在另一優選例中，所述抽汽出口通過抽汽管道與高溫熱源加熱器或熱交換器連接。
[0013]在另一優選例中，所述抽汽管道包括η級抽汽管道，所述η = 1、2、3、4、5或6。
[0014]在另一優選例中，所述背壓式小汽機設有進汽管道，所述進汽管道上設有調節閥。[0015]在另一優選例中，所述背壓式小汽機設有排汽管道，所述排汽管道與低溫熱源加熱器或熱交換器連接。
[0016]在另一優選例中，所述調節閥的開度長期保持高開度，開度的范圍為70% -100%。
[0017]在另一優選例中，所述風機和變頻發電機分別與所述背壓式小汽機兩側的軸端相連。
[0018]在另一優選例中，所述系統還包括定速比齒輪箱，所述定速比齒輪箱與所述背壓式小汽機、風機和變頻發電機同軸相連，其中，
[0019]所述定速比齒輪箱位于所述背壓式小汽機和變頻發電機之間；和/或
[0020]所述定速比齒輪箱位于所述風機和背壓式小汽機之間。
[0021 ] 在另一優選例中，所述定速比齒輪箱具有離合器功能。
[0022]在另一優選例中，所述定速比齒輪箱為離合器。
[0023]在另一優選例中，所述定速比齒輪箱位于所述背壓式小汽機和變頻發電機之間，并且所述定速比齒輪箱的輸入端與所述背壓式小汽機的一側的軸端相連，所述風機的輸入端與所述背壓式小汽機的另一側的軸端相連。
[0024]在另一優選例中，所述定速比齒輪箱位于所述風機和背壓式小汽機之間，并且所述定速比齒輪箱的輸入端與所述背壓式小汽機的一側的軸端相連，所述變頻發電機的輸入端與所述背壓式小汽機的另一側的軸端相連。
[0025]在另一優選例中，所述風機和變頻發電機連接于所述背壓式小汽機的同一軸端。
[0026]在另一優選例中，所述變頻發電機的輸入端與所述背壓式小汽機的一側的軸端相連，變頻發電機的輸出端與所述風機的輸入端相連。
[0027]在另一優選例中，所述系統還包括定速比齒輪箱，所述定速比齒輪箱與所述背壓式小汽機、風機和變頻發電機同軸相連，其中，
[0028]所述定速比齒輪箱位于所述背壓式小汽機和變頻發電機之間；或
[0029]所述定速比齒輪箱位于所述風機和變頻發電機之間。
[0030]在另一優選例中，所述定速比齒輪箱位于所述背壓式小汽機和變頻發電機之間，并且所述定速比齒輪箱的輸入端與所述背壓式小汽機的一側的軸端相連，所述變頻發電機的輸出端與所述風機的輸入端相連。
[0031]在另一優選例中，所述定速比齒輪箱位于所述風機和變頻發電機之間，并且所述定速比齒輪箱的輸入端與所述變頻發電機的輸出端相連，所述定速比齒輪箱的輸出端與所述風機的輸入端相連。
[0032]在另一優選例中，所述風機包括:介質為空氣或煙氣的風機、介質為空氣或燃氣的壓縮機、燃氣輪機。
[0033]本實用新型第二方面提供了一種蒸汽發電機組，所述發電機組配置有第一方面所述的系統。
[0034]應理解，在本實用新型范圍內中，本實用新型的上述各技術特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術特征之間都可以互相組合，從而構成新的或優選的技術方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
【專利附圖】
【附圖說明】[0035]圖1為現有的純凝式小汽機驅動風機系統示意圖。
[0036]圖2為本實用新型實施例1的系統一種示意圖。
[0037]圖3為本實用新型實施例1的系統另一種示意圖。
[0038]圖4為本實用新型實施例2的系統示意圖。
[0039]圖5為本實用新型實施例3的系統示意圖。
【具體實施方式】
[0040]發明人經過深入廣泛的研究，發現通過與背壓式小汽機同軸連接變頻發電機，不僅可通過控制變頻發電機的出力方式，部分或全部代替調節閥方式，以控制小汽機的轉速，從而控制風機的轉速，而且可利用變頻發電機進行發電，從而充分利用了小汽機的出力。本實用新型小汽機的調節閥的開度可長期保持高開度(70% -100%)，大大減少了節流造成的損失，并且充分利用小汽機的出力，使得小汽機的運行效率的提高了 8%-20%。在此基礎上完成了本實用新型。
[0041]如本文所用，“變頻發電機”是指相對于常規發電為固定頻率的發電機而言，發電的頻率隨時在較大范圍變化的發電機。
[0042]如本文所用，“背壓式小汽機”、“背壓式小汽輪機”、“小汽機”和“小汽輪機”可互換使用，是指排汽到高于大氣壓的換熱器或熱網的汽輪機稱為背壓式小汽機。
[0043]如本文所用，“同軸相連”是指各設備連接在同一轉動軸系上。
[0044]變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動風機系統及蒸汽發電機組
[0045]本實用新型的變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動風機系統是在大容量高參數汽輪機發電廠中，發電機組所配置的用于將空氣、煙氣或燃氣等工質的壓力提高后，供給后續工藝系統所不可缺少的系統之一。
[0046]本實用新型的系統包括:背壓式小汽機、風機、變頻發電機，其中，背壓式小汽機設有進汽管道、排汽管道和調節閥，進汽管道的蒸汽來自發電機組熱力系統的高壓蒸汽，排汽管道與低溫熱源(低壓汽源)加熱器或熱交換器連接，調節閥設置在進汽管道上，用于調節高壓蒸汽的通汽量；
[0047]本實用新型的風機包括介質為空氣的風機、介質為空氣的壓縮機、工質為煙氣其它風機、介質為燃氣的壓縮機或燃氣輪機等。
[0048]變頻發電機與風機一起連接于背壓式小汽機的同一轉動軸系上。變頻發電機與風機可分別與背壓式小汽機兩側的軸端相連，也可連接于背壓式小汽機的同一軸端。
[0049]當變頻發電機與風機分別位于背壓式小汽機兩側的軸端時，并且當風機與背壓式小汽機，或者背壓式小汽機和變頻發電機之間的轉速比值較大時，可在背壓式小汽機和變頻發電機之間，和/或在風機和背壓式小汽機之間的轉動軸上設置具有離合器功能定速比齒輪箱或離合器。以調節兩者的轉速比值，滿足發電機組負荷變化的需要。
[0050]定速比齒輪箱或離合器位于背壓式小汽機和變頻發電機之間時，定速比齒輪箱或離合器的輸入端與背壓式小汽機的一側的軸端相連，風機的輸入端與背壓式小汽機的另一側的軸端相連。
[0051]定速比齒輪箱或離合器位于風機和背壓式小汽機之間時，定速比齒輪箱或離合器的輸入端與背壓式小汽機的一側的軸端相連，變頻發電機的輸入端與背壓式小汽機的另一側的軸端相連。
[0052]當變頻發電機與風機位于背壓式小汽機同一軸端時，變頻發電機的輸入端與背壓式小汽機的一側的軸端相連，變頻發電機的輸出端與風機的輸入端相連。可根據具體需要，在背壓式小汽機和變頻發電機之間，或者在風機和變頻發電機之間的轉動軸上設置具有離合器功能定速比齒輪箱或離合器。
[0053]定速比齒輪箱或離合器位于風機和變頻發電機之間時，定速比齒輪箱或離合器的輸入端與變頻發電機的輸出端相連，定速比齒輪箱或離合器的輸出端與風機的輸入端相連。
[0054]定速比齒輪箱或離合器位于背壓式小汽機和變頻發電機之間時，定速比齒輪箱或離合器的輸入端與背壓式小汽機的一側的軸端相連，變頻發電機的輸出端與風機的輸入端相連。
[0055]本實用新型的系統中，背壓式小汽機還可包括抽汽出口，抽汽出口通過抽汽管道與高溫熱源(高壓汽源)加熱器或熱交換器連接。背壓式小汽機可根據需要，配置一級抽汽管道、二級抽汽管道或二級以上抽汽管道(如三級抽汽管道、四級抽汽管道等)。
[0056]由于本實用新型的背壓式小汽機驅動風機系統通過控制變頻發電機的出力調節風機的轉速，以滿足發電機組負荷變化的需要，因此，在全年大多數的運行時間內，背壓式小汽機的調節閥的開度可長期保持高開度(開度范圍在70% -100%),即使當機組負荷變低時，可通過風機轉速的變化，充分利用背壓式小汽機的出力，通過變頻發電機發電，不僅顯著減少了節流損失，而且提高了背壓式小汽機的運行效率，提高電廠的售電收益。
[0057]本實用新型還包括配置有變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動風機系統的蒸汽發電機組。
[0058]本實用新型的系統既可通過風機轉速的調節以滿足發電機組負荷變化的需要，也可通過變頻發電機發電以提高電廠的售電收益，變頻發電機所發出的變頻電可以直接全部或部分供給變頻電用戶，也可全部或部分通過變流器，變成與電網匹配的變頻電，供給廠內或廠外電網。如果變頻發電機發出的電與電網之間電壓不同，則可以通過設置變壓器，將所發的電變壓到與電網匹配的電壓。
[0059]在現有的蒸汽發電機組所配置的背壓式小汽機驅動風機系統中，全年大多數運行時間，特別是機組低負荷時，小汽輪機出力都未充分利用。例如為了滿足機組長年夏季滿發的需要，對I臺1000MW蒸汽發電機組通常配置2臺50%容量的小汽輪機驅動風機系統。風機的額定工況所需功率約為6000kW，而配套的小汽輪機最大出力約為IOOOOkW,每臺機組小汽輪機出力裕量為(10000-6000)x2=8000kW。因此每臺機組的小汽輪機平均未利用功率為8000kW以上，這種裕量配置存在很大問題。
[0060]此外，由于小汽機需要節流，降低出力，與風機(如風機)所需功率匹配，因此小汽機的調節閥開度較小，常見開度在50%以下。存在明顯節流損失。影響小汽機運行效率8%以上。
[0061]與現有技術相比，本實用新型具有以下主要優點:
[0062](I)將目前系統中背壓式小汽機調節閥的常見開度從50%以下提高至70%-100%，并且能夠長期保持高開度水平，顯著減少了小汽機因與驅動設備所需功率相匹配而節流所造成的損失。[0063](2)本實用新型的背壓式小汽機的運行效率可提高8%_20%，每臺1000MW機組年節約標煤4000噸以上，大幅降低運行成本，并達到減少污染物排放的綜合效益。
[0064](3)本實用新型的系統充分利用小汽機的做功能力，通過變頻發電機發電，每臺1000MW機組每年可對外多供電6000萬千瓦，直接經濟收益1200萬元以上。
[0065]本實用新型提到的上述特征，或實施例提到的特征可以任意組合。本案說明書所揭示的所有特征可與任何組合物形式并用，說明書中所揭示的各個特征，可以任何被提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特別說明，所揭示的特征僅為均等或相似特征的一般性例子。
[0066]下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件或按照制造廠商所建議的條件。
[0067]除非另行定義，文中所使用的所有專業與科學用語與本領域熟練人員所熟悉的意義相同。此外，任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用于本實用新型方法中。文中所述的較佳實施方法與材料僅作示范之用。
[0068]實施例1
[0069]如圖2-3所示，本實施例的變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動風機系統包括背壓式小汽機1、風機2和變頻發電機3,其中，背壓式小汽機I設有進汽管道11、排汽管道12、調節閥13和抽汽管道14，進汽管道11的蒸汽來自發電機組熱力系統的高壓蒸汽，排汽管道12與低溫熱源(低壓汽源)加熱器或熱交換器(圖中未標出)連接，調節閥13設置在進汽管道11上，用于調節高壓蒸汽的通汽量，在本實施例中，調節閥的開度長期保持高開度(開度范圍為70%-100%)。抽汽管道14與高溫熱源(高壓汽源)加熱器或熱交換器(圖中未標出)連接。
[0070]風機2位于背壓式小汽機I 一側的軸端，根據風機2與背壓式小汽機I之間的轉速比例，在風機2與背壓式小汽機I之間選擇性地設置定速比齒輪箱4，定速比齒輪箱4與背壓式小汽機I同軸連接，定速比齒輪箱4的輸入端與背壓式小汽機I 一側的軸端相連，定速比齒輪箱4的輸出端與風機2的輸入端相連。
[0071]變頻發電機3位于背壓式小汽機I另一側的軸端，根據變頻發電機3與背壓式小汽機I之間的轉速比例，在變頻發電機3與背壓式小汽機I之間選擇性地設置定速比齒輪箱4或離合器5，定速比齒輪箱4或離合器5與背壓式小汽機I同軸連接，定速比齒輪箱4或離合器5的輸入端與背壓式小汽機I另一側的軸端相連，定速比齒輪箱4或離合器5的輸出端與變頻發電機3的輸入端相連。
[0072]背壓式小汽機I還包括抽汽出口(圖中未不出)，抽汽出口通過抽汽管道14與聞溫熱源(高壓汽源)加熱器或熱交換器(圖中未示出)連接。背壓式小汽機可根據需要，配置一級抽汽管道、二級抽汽管道或二級以上抽汽管道(如三級抽汽管道、四級抽汽管道等)。
[0073]本實施例的系統工作原理如下:
[0074]當小汽機正常運行時，小汽機調節閥保持高開度(開度范圍為70%_100%)。高壓蒸汽通過進汽管道進入小汽機，做功后的低壓蒸汽通過排汽管道排到低溫熱源(低壓汽源)加熱器或熱交換器等熱用戶。蒸汽推動小汽機轉動，從而拖動同軸的風機轉動。
[0075]背壓式小汽機的另一軸端拖動變頻發電機轉動，通過調節變頻發電機的輸出變大或變小，控制背壓式小汽機的負載相應地變大或變小，從而使背壓式小汽機的轉速相應地變小或變大，進而控制風機的轉速變小或變大，以滿足不同的工況要求。
[0076]換言之，即通過控制變頻發電機的輸出(出力)，可以部分或全部代替調節閥節流方式，控制小汽機的轉速，從而高效滿足風機轉速控制要求的同時，提高了背壓式小汽機的運行效率。
[0077]實施例2
[0078]如圖4所示，本實施例的變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動風機系統與實施例1的系統不同之處在于:
[0079]風機2和變頻發電機3位于背壓式小汽機I的同一軸端，在背壓式小汽機I和變頻發電機3之間，選擇性地設置定速比齒輪箱4，定速比齒輪箱4連接于背壓式小汽機I的同一軸系上。定速比齒輪箱4的輸入端與背壓式小汽機I的一側的軸端相連。變頻發電機3的輸入端與定速比齒輪箱4的輸出端相連,變頻發電機3的輸出端與風機2的輸入端相連。
[0080]本實施例的系統工作原理如下:
[0081]當蒸汽推動小汽機轉動時，同時拖動同軸連接的風機轉動，由于變頻發電機與風機位于小汽機的同一軸端，且風機位于變頻發電機的外側。因此通過定速比齒輪箱的調節，小汽機進而驅動變頻發電機轉動發電。通過調節變頻發電機的輸出變大或變小，從而控制風機的轉速以滿足不同的工況要求。
[0082]實施例3
[0083]如圖5所示，本實施例的變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動風機系統與實施例2的系統不同之處在于:
[0084]在風機2和變頻發電機3之間，選擇性地設置定速比齒輪箱4，定速比齒輪箱4連接于背壓式小汽機I的同一軸系上。定速比齒輪箱4的輸入端與變頻發電機3的輸出端相連，定速比齒輪箱4的輸出端與風機2的輸入端相連。
[0085]在本實用新型提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本實用新型的上述講授內容之后，本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
【權利要求】
1.一種變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動風機系統，其特征在于，所述系統包括背壓式小汽機、風機和變頻發電機，其中， 所述背壓式小汽機、風機和變頻發電機同軸相連； 所述系統通過控制所述變頻發電機的輸出，從而控制所述背壓式小汽機的轉速，從而控制所述風機的轉速。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述背壓式小汽機設有進汽管道，所述進汽管道上設有調節閥。
3.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述風機和變頻發電機分別與所述背壓式小汽機兩側的軸端相連。
4.如權利要求3所述的系統，其特征在于，所述系統還包括定速比齒輪箱，所述定速比齒輪箱與所述背壓式小汽機、風機和變頻發電機同軸相連，其中， 所述定速比齒輪箱位于所述背壓式小汽機和變頻發電機之間；和/或 所述定速比齒輪箱位于所述風機和背壓式小汽機之間。
5.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述風機和變頻發電機連接于所述背壓式小汽機的同一軸端。
6.如權利要求5所述的系統，其特征在于，所述系統還包括定速比齒輪箱，所述定速比齒輪箱與所述背壓式小汽機、風機和變頻發電機同軸相連，其中， 所述定速比齒輪箱位于所述背壓式小汽機和變頻發電機之間；或 所述定速比齒輪箱位于所述風機和變頻發電機之間。
7.如權利要求6所述的系統，其特征在于，所述定速比齒輪箱位于所述背壓式小汽機和變頻發電機之間，并且所述定速比齒輪箱的輸入端與所述背壓式小汽機的一側的軸端相連，所述變頻發電機的輸出端與所述風機的輸入端相連。
8.如權利要求6所述的系統，其特征在于，所述定速比齒輪箱位于所述風機和變頻發電機之間，并且所述定速比齒輪箱的輸入端與所述變頻發電機的輸出端相連，所述定速比齒輪箱的輸出端與所述風機的輸入端相連。
9.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述風機包括:介質為空氣或煙氣的風機、介質為空氣或燃氣的壓縮機、燃氣輪機。
10.一種蒸汽發電機組，其特征在于，所述發電機組配置有權利要求1所述的系統。
【文檔編號】F01D19/00GK203756245SQ201320494694
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年8月13日 優先權日:2013年8月13日
【發明者】申松林, 施剛夜, 葉勇健, 林磊 申請人:中國電力工程顧問集團華東電力設計院